JP2004205289A - Image measuring machine - Google Patents
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Abstract
【課題】高速に撮像を行うことができる画像測定機を提供する。
【解決手段】撮像面に形成された被測定物Wの像を光電変換して被測定物の画像を取得し、取得した画像に基づいて被測定物Wについての測定を行う。被測定物の画像を取得する撮像系20と、撮像系20を前記被測定物の測定位置に位置させるため、被測定物を撮像系20に対して相対移動させる移動機構50と、被測定物Wの像を撮像面に合焦させる合焦制御を行うオートフォーカス手段40、30と、オートフォーカス手段40、30についての制御を含む画像測定に関する制御を行う制御手段30とを備える。制御手段30は、目的の測定位置とは異なるある位置から移動を開始して当該目的の測定位置に達するまでの間に、前記オートフォーカス手段40、30に合焦制御を開始させる。
【選択図】図1An image measuring device capable of performing high-speed imaging is provided.
An image of an object to be measured is obtained by photoelectrically converting an image of the object to be measured W formed on an imaging surface, and measurement of the object to be measured W is performed based on the obtained image. An imaging system 20 for acquiring an image of an object to be measured, a moving mechanism 50 for moving the object to be measured relative to the imaging system 20 in order to position the imaging system 20 at a measurement position of the object to be measured, Autofocus means 40 and 30 for performing focusing control for focusing the W image on the imaging surface, and control means 30 for performing control relating to image measurement including control of the autofocus means 40 and 30 are provided. The control means 30 starts the movement from a certain position different from the target measurement position and causes the autofocus means 40, 30 to start focusing control until the movement reaches the target measurement position.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物を撮像し、その撮像された画像に基づいて被測定物の測定を行う画像測定機に関する。
【0002】
【従来の技術】
被測定物について、その画像に基づいてそれ自体の形状、被測定物に設けられているパターンの形状等の測定を行う測定機として、撮像装置により被測定物を撮像し、撮像面に形成された被測定物の像を光電変換して、被測定物の画像を生成し、その画像に基づいて、被測定物に対して測定を行う画像測定機がある。近年、この種の測定は、ある位置から目的の位置に撮像装置を移動して撮像を行う構成となっている。この測定動作を自動化させた画像測定機として、CNC(Computerized Numerical Control)画像測定機がある(非特許文献1参照)。
【0003】
従来提案されているこの種のCNC画像測定では、目標測定位置へ撮像系を移動させ、測定箇所でオートフォーカス(AF;Auto Focus)動作を行ってから、合焦した状態で撮像して、その後の測定処理、例えば、エッジ検出処理を行うことが一般的である。
【0004】
【非特許文献1】
株式会社ニコン製品カタログ(CNC画像測定システムNEXIVシリーズ)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この種の測定においては、被測定物のパターンがより精密化することに伴って、多数の測定点について精密な画像を取得することが必要となると予想される。しかも、AF動作を行いつつ、できる限り短時間で多数の測定点についての撮像を行うことが望まれる。
【0006】
本発明の目的は、高速に撮像が行える画像測定機を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決のため、請求項1に係る発明は、
撮像面に形成された被測定物の像を光電変換して前記被測定物の画像を取得する撮像手段と、
前記画像に基づいて前記被測定物についての測定を行う測定手段と、
前記撮像手段を前記被測定物の測定位置に位置させるため、前記被測定物を前記撮像手段に対して相対移動させる移動手段と、
前記被測定物の像を前記撮像面に合焦させる合焦制御を行うオートフォーカス手段と、
前記移動手段による前記測定位置への移動中に、前記オートフォーカス手段による合焦制御を開始させる制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【0008】
請求項2に係る発明は、
請求項1に記載の画像測定機において、
前記制御手段は、前記移動手段による移動を開始する位置と前記測定位置との、前記撮像手段の光軸方向の位置の差を比較して、該位置の差が予め定められた範囲外のときは、前記移動手段による移動を開始した後、前記オートフォーカス手段による合焦制御を開始させることを特徴とする。
【0009】
請求項3に係る発明は、
請求項2に記載の画像測定機において、
前記位置の差が予め定められた範囲内のときは、前記オートフォーカス手段による合焦制御を行っている状態で、前記移動手段による移動を開始させることを特徴とする。
【0010】
請求項4に係る発明は、
請求項2および3のいずれか一項に記載の画像測定機において、
前記予め定められた範囲は、前記オートフォーカス手段が合焦制御を行うことが可能な範囲であることを特徴とする。
【0011】
請求項5に係る発明は、
請求項1に記載の画像測定機において、
前記制御手段は、前記移動手段による前記測定位置への移動中に、前記撮像手段の焦点位置が前記オートフォーカス制御による合焦制御が可能な範囲に入ったと判定した場合に、前記オートフォーカス制御による合焦制御を開始させることを特徴とする。
【0012】
請求項6に係る発明は、
請求項5に記載の画像測定機において、
前記制御手段は、前記撮像手段の焦点位置が前記オートフォーカス制御による合焦制御が可能な範囲に入ったかの判定を、前記測定位置と現在位置との距離に応じて行うことを特徴とする。
【0013】
請求項7に係る発明は、
撮像面に形成された被測定物の像を光電変換して前記被測定物の画像を取得する撮像手段と、
前記画像に基づいて前記被測定物についての測定を行う測定手段と、
前記撮像手段を前記被測定物の測定位置に位置させるため、前記被測定物を前記撮像手段に対して相対移動させる移動手段と、
前記被測定物の像を前記撮像面に合焦させる合焦制御を行うオートフォーカス手段と、
前記移動手段による移動を開始する位置と前記測定位置との、前記撮像手段の光軸方向の位置の差を比較して、該位置の差が予め定められた範囲内のときは、前記移動を開始する位置で前記オートフォーカス手段による合焦制御をさせた状態で前記測定位置への移動を開始させる制御手段と
を備えたことを特徴とする。
【0014】
請求項8に係る発明は、
請求項1から7のいずれか一項に記載の画像測定機において、
前記制御手段は、合焦制御開始後、前記オートフォーカス手段が合焦制御を行うことが可能な状態であるかを監視し、合焦制御が可能な状態でないと判定したとき、合焦制御を停止させ、合焦制御が可能な状態であると判定したとき、合焦制御を開始されることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する本発明の実施形態においては、オートフォーカス(AF)手段の構成要素の一つとしてレーザーを用い、被測定物(ワーク)Wの物体面にレーザーを連続で照射して、常にフォーカスが合うように、撮像手段と被測定物との相対位置関係のZ軸方向(撮像手段の光軸方向)を変位させる制御を行う機構を用いる例について説明する。また、Z軸方向の変位動作を、XY軸の駆動動作(目的の測定位置への移動)中にも行えるようにした装置が提供される。この動作は、予め定められた動作プログラムに従って行われるCNCにより行われる。すなわち、被測定対象物の複数の測定位置について、順次連続的に撮像して、被測定対象物に関する画像を取得する。
【0016】
また、本実施形態では、CNCにより複数の測定位置での撮像を連続的に行う中で、測定位置間の移動中に、レーザーを用いて連続的にフォーカス制御(合焦制御)を作動させる。その結果、目的の測定位置に到達した時点、すなわち、XY軸の移動動作が終了した時点で、フォーカスが合った状態(合焦状態)となるように制御される。これにより、目的位置に到達した後に合焦制御を行う場合に比べて、複数の測定位置について撮像に要するまでの準備時間のうち、合焦に要する時間分を短縮することが可能となる。
【0017】
本実施形態は、目的の測定位置およびその周辺、特に、移動経路上において、高さが同一レベルの領域が存在することが多いということに着眼したものである。すなわち、後述する図3、図4に示すように、移動経路中に溝、段差等があっても、目的位置近傍に至ると、目的位置と同じ高さレベルとなることが多いということを利用している。従って、多くの場合、目的位置に到達する直前に、同じ高さレベルの領域において合焦制御を行うことができる。
【0018】
一方、目的位置の直前に高さの異なる領域がある場合には、合焦制御が目的位置に到達する前に終わらない場合があり得る。この場合でも、到達に引き続いて合焦制御が行われるため、到達後改めて合焦制御を開始させるより時間短縮が期待できる。
【0019】
図1に、本発明の一実施形態に係る画像測定機の構成の概要を示す。図1に示す画像測定機10は、照明装置21、撮像装置22および対物レンズ系23を含む撮像系20と、CPU31、メモリ32および記憶装置33を含む制御装置30と、合焦状態を検知する合焦検知装置40と、XYステージ51およびZ軸駆動装置52を含む移動機構50とを有する。
【0020】
撮像系20において、撮像装置22は、CCDなどの撮像素子を有する。撮像装置22は、対物レンズ系23および図示していない他のレンズ系により被測定物Wの像を像面に結像させて、被測定物の画像を取得する。その際、照明装置21により被測定物Wの物体面を照明することができる。
【0021】
合焦検知装置40は、図2に示すように、被測定物Wの物体面を照射する、レーザーダイオード等のレーザー光源42と、レーザー光を対物レンズ系23に入射させるためのナイフエッジミラー43と、被測定物の物体面からの戻り光を、対物レンズ系23を介して受光する、フォトダイオード等により構成される二分割受光素子44a,44bと、レーザー光源42を駆動すると共に、受光素子44a,44bの出力信号を受けて、戻り光スポットSPの受光位置に応じたフォーカス調整信号を生成して制御装置30に送る検出装置41と、を有する。合焦検知装置40は、後述するZ軸駆動装置52と、制御装置30と共に、被測定物の像を撮像装置22の撮像面に合焦させる合焦制御を行うオートフォーカス手段を構成する。
【0022】
二分割受光素子44a,44bは、境界部分を挟んで並列に配置されている。この二分割受光素子44a、44bは、被測定物の物体面が焦点位置Foにあるとき、レーザー光の戻り光スポットSPが、二分割受光素子44a,44bの境界部分において、両受光素子44a,44bに均等に分布して、等しい照射面積となるように入射する位置関係に配置される。検出装置41は、二分割受光素子44a、44bからの出力信号を受けて、差動増幅等の処理を行って、フォーカス調整を行うためのフォーカス調整信号を取得する。すなわち、被測定物の物体面が対物レンズ系23の焦点位置Foにある場合には、前述したように、戻り光スポットSPが二分割受光素子44a、44bに均等に分布するため、フォーカス調整信号は0となる。一方、被測定物の物体面が焦点より遠い位置Frにある場合には、戻り光スポットSPが二分割受光素子44a側に照射面積が大きくなる状態に分布するため、フォーカス調整信号は、例えば、+Δzとなる。逆に、被測定物の物体面が焦点より近い位置Fnにある場合には、戻り光スポットSPが二分割受光素子44b側に照射面積が大きくなる状態に分布するため、フォーカス調整信号は、例えば、−Δzとなる。制御装置30は、このフォーカス調整信号に基づいてZ軸駆動装置にZ軸方向の移動を指示し、フォーカス調整信号が0になったところで、Z軸方向の移動を停止させる。
【0023】
また、検出装置41は、二分割受光素子44a,44bのいずれにも戻り光スポットSPが入射していない場合には、戻り光スポットが有効範囲外であることを示す信号、すなわち、合焦制御が可能な状態ではないことを示す信号を制御装置30に送る。なお、この信号は、逆の状態を示す信号であってもよい。すなわち、二分割受光素子44a,44bのいずれかに戻り光スポットSPが入射している場合には、戻り光スポットが有効範囲内であることを示す信号、すなわち、合焦制御が可能な状態であることを示す信号を制御装置30に送るようにしてもよい。制御装置30は、合焦制御が可能な状態にないことを示す信号が有効であるか、無効であるかに基づいて、合焦制御の開始、継続、停止を決定する。
【0024】
移動機構50を構成するXYステージ51は、図示しないXY駆動機構を有する。このXYステージ51の上に、被測定物Wを載置して、撮像系20に対してXY方向に相対的に移動させる。この移動は、XY座標の指定を含む移動指令に基づいて行われる。Z軸駆動装置52は、撮像系20の対物レンズ系23とXYステージ51との相対位置関係を変更する。すなわち、被測定物Wを撮像系20に対してZ軸方向に相対移動させる。実際に変位するのは、本実施形態では、撮像系20側である。もちろん、これに限定されない。XYステージ側がZ軸方向に変位するようにしてもよい。ここで、Z軸は、撮像系20の光軸方向である。移動機構50は、制御装置30と共に、撮像系20を、被測定物にある目的の測定位置にその焦点位置を位置させるため、被測定物Wを撮像系20に対して相対的に移動させる移動手段を構成する。測定位置は、被測定物について1以上存在する。移動手段は、複数存在する場合、焦点位置が各測定位置に順次位置するよう撮像系20を移動させる。すなわち、ある位置(現在の測定位置)から目的の測定位置(次に測定すべき測定位置)に、撮像系20の焦点位置を移動させることを、複数の測定位置について順次行う。
【0025】
移動機構50は、Z軸駆動装置52によりZ軸方向の移動を行うことができる。このZ軸駆動装置52は、本実施形態では、被測定物の各測定位置のZ座標に合わせてZ軸方向に移動することに用いられるほか、前述したようにオートフォーカス手段によるZ軸方向の移動にも用いられる。
【0026】
制御装置30は、CPU(中央処理ユニット)31と、メモリ32と、記憶装置33とを有する。この制御装置30には、入力装置35、モニタ36等を接続することができる。制御装置30は、これらの外部装置を含めてコンピュータシステムを構成している。記憶装置33は、読み書き可能な不揮発性の記憶媒体を有し、CPU31が実行する各種プログラムとデータとが格納される。各種プログラムとしては、例えば、オートフォーカス制御のためのプログラム、移動制御のためのプログラム、撮像処理のためのプログラム、画像処理のためのプログラム等が挙げられる。また、記憶装置33に格納される本実施形態固有のプログラムとして、目的の測定位置とは異なるある位置から目的の測定位置への移動中に、レーザーを用いて連続的にフォーカス制御(合焦制御)を作動させる制御を行う制御手段として制御装置を機能させるプログラムがある。また、複数の測定位置について順次移動することを制御するプログラムがある。
【0027】
次に、本実施形態の画像測定機の動作について、図3から図5を参照して説明する。説明に先立ち、被測定物の物体面形状の違いに起因する、合焦制御と移動制御との対応関係について、図3および図4を参照して説明する。その後、動作について説明する。
【0028】
図3に、被測定物の物体面に溝Cが存在する場合における移動制御と合焦制御との関係を示す。図4に、被測定物Wの物体面に段差Bが存在する場合における移動制御と合焦制御との関係を示す。
【0029】
これらの図において、オートフォーカス手段による合焦制御可能な状態を示すものとして引き込み範囲Rが示してある。すなわち、対物レンズ系23の焦点位置が引き込み範囲R内にある場合は、合焦制御が可能である。合焦制御において、レーザー光を被測定物Wに照射してその戻り光スポットSP(図2参照)が前述した二分割受光素子44a,44bのいずれか一方にのみ入射している状態が、合焦制御可能な状態の上限および下限に対応する。上記引き込み範囲Rは、この戻り光スポットSPが上限と下限との間で変位することに対応して、Z軸駆動装置52が駆動されて、撮像系20が被測定物Wに対してZ軸方向に相対的に変位する範囲を示す。
【0030】
この引き込み範囲Rの下限RLが被測定物Wの物体面より下に位置し、上限RUが、当該物体面より上方に位置する場合には、その状態で合焦制御が可能である。図3のS1面、S3面はいずれも合焦制御が可能である。一方、溝Cの底面であるS2面では、下限RLがS2面より上方にあるため、戻り光スポットSPが二分割受光素子44a,44bのいずれにも検出されない状態となり、合焦制御ができない状態となる。図4の場合には、S5面では、図3のS2面の場合と同様に、合焦制御ができない状態となっている。一方、S6面では、図3のS1面、S3面と同様に、合焦制御が可能な状態にある。
【0031】
本実施形態では、後述するように、合焦制御が可能な状態においてのみ合焦制御を行う。合焦制御が可能な状態ではない場合には、合焦制御を停止する。このようにすることによって、Z軸方向に大きなストロークで追従動作させることに伴う遅れの発生を防いでいる。例えば、溝Cの場合、底面位置まで追従させると、目的位置の前に再び元の高さレベルに戻るための追従動作が必要となり、合焦制御に遅れを生じることになる可能性がある。また、制御範囲を超えて追従させることは、追従方向を見失いやすいという問題もある。そこで、本実施形態では、合焦制御可能な状態ではない場合には、合焦制御を停止することとして、前述の問題の発生を回避している。
【0032】
次に、図5を参照して、本発明の一実施形態に係る画像測定機の動作、特に、移動およびオートフォーカス動作について説明する。図5には、連続フォーカス制御、すなわち、ある位置から目的の測定位置に移動しつつ合焦制御を行い、目的の測定位置において撮像を行うCNC測定動作の処理フローを示す。この処理は、制御装置30のCPU31により実行される。なお、前提として、被測定物Wについて測定すべき各測定位置の座標はすでに求められており、そのデータが記憶装置33に事前に格納されているものとする。もちろん、ネットワークを介して他のシステムから各測定値の座標を受け取る構成であってもよい。また、各測定位置および測定手順について、ティーチングにより入力を行う構成としてもよい。さらに、目的の測定位置の中で特定の位置を合焦させる位置として指定する構成とすることができる。この場合、その位置をティーチングで指定すること、アドレスで指定することのいずれも可能である。
【0033】
CPU31は、ある位置(スタート位置)において、目的の測定位置(移動先)の目標Z位置が引き込み範囲外かを判定する(ステップ111)。この判定は、現在位置のZ軸上の座標と、目的の測定位置のZ軸上の座標とを比較することにより判定する。ここで、例えば、図4の位置P5に示すように引き込み範囲外であれば、CPU31は、Z軸駆動装置52に対して撮像系20を目的の測定位置のZ座標に対応する高さとなるように移動を指示する(ステップ112)。Z軸駆動装置52は、この指示に従って、撮像系20を被測定物Wに対してZ軸方向に相対移動させる。
【0034】
次に、目的の測定位置が引き込み範囲内にある場合、および、前述したZ軸駆動装置52によるZ軸方向の移動が終わった後、CPU31は、合焦制御を開始する(ステップ113)。すなわち、CPU31は、合焦検知装置40に対して合焦開始を指示する。これを受けて、合焦検知装置40の検出装置41は、レーザーダイオードをオンして、または、シャッター(図示せず)を開いて、被測定物の測定位置、すなわち、焦点を合わせるべき位置に、対物レンズ系23を通してレーザー光を照射させる。その戻り光が対物レンズ系23を経て二分割受光素子44a,44bに導かれる。戻り光スポットが二分割受光素子44a,44bの両者および一方のいずれかに入射していれば、その信号が光電変換されて出力され、検出装置41において演算処理されてフォーカス調整信号が得られる。この信号は、制御装置30に送られる。
【0035】
CPU31は、移動機構50のXYステージ51に対して、目標位置、すなわち、次に測定を行うべき目的の測定位置への移動指令を発行する(ステップ117)。また、移動指令に応じて、CPU31は、XYステージ51を、現在位置から目的の測定位置まで変位させて被測定物Wを移動させる。この移動中に、前述した合焦制御が実行される。
【0036】
次に、CPU31は、戻り光スポットSPが有効範囲外か、すなわち、引き込み範囲かを調べる(ステップ119)。具体的には、戻り光スポットSPが二分割受光素子44a,44bの両者および一方のいずれかに入射していれば、有効範囲内であり、いずれにも入射していなければ、有効範囲外である。その信号が光電変換されて出力され、検出装置41において演算処理されてフォーカス調整信号が得られる。この信号は、制御装置30に送られる。また、検出装置41は、二分割受光素子44a,44bの出力に基づいて、戻り光スポットSPが有効範囲外であることを示す信号を生成して、制御装置30に送る。
【0037】
CPU31は、戻り光スポットSPが有効範囲外であることを示す信号が有効か無効かを、検出装置41からの信号に基づいて判定する(ステップ119)。戻り光スポットSPが有効範囲外であることを示す場合、すなわち、合焦制御が行える状態ではない場合、CPU31は、合焦制御を停止する。すなわち、Z軸の追従動作を停止する(ステップ120)。
【0038】
一方、戻り光スポットSPが有効範囲外ではない場合、また、Z軸の追従動作を停止した場合、合焦制御が可能な状態にあるかを判定する(ステップ121)。ここで、戻り光スポットが有効範囲内にある場合、すなわち、合焦制御が可能な状態にある場合には、合焦制御、すなわち、Z軸追従動作を開始する(ステップ122)。
【0039】
次に、XY軸の移動が目的位置に到達したかを判定し、目標とする目的の測定位置に到達していなければ、ステップ118からの処理を繰り返す(ステップ123)。
【0040】
目標位置に到達した場合には、合焦制御を終了させる処理を行う(ステップ124)。すなわち、移動中に合焦制御が行われているので、ここで、合焦状態に至っていることを確認して、合焦状態を維持する。一方、目標とする目的の測定位置に達しても合焦状態に至っていない場合には、ここで、合焦させて、合焦状態を維持する。
【0041】
この状態で、撮像装置22により撮像を行い、得られた画像をメモリ32に取り込む(ステップ125)。なお、撮像に際し、必要に応じて照明装置21により照明を行う。
【0042】
CPU31は、メモリ32に取り込んだ画像について、プログラムに基づいて処理する(ステップ126)。例えば、エッジ検出処理を行う。
【0043】
以上のようにして、ある位置から撮像系20の移動を開始し、移動中に合焦制御を行って、目的の測定位置において撮像を行う。この一連の処理は、一つの測定位置についての測定処理の手順を示す。被測定物に複数の測定位置がある場合には、一連の処理が終了したとき、その測定位置を前述した「ある位置」、すなわち、移動開始位置として、次の測定の目的となる測定位置を目標位置として、移動制御および合焦制御を、同様の一連の手順により行う。また、複数の測定位置のうち、同一レベルの測定位置が連続する等のように、合焦制御を省略できる測定位置がある場合には、それらのうち最初に測定すべき測定位置以外の測定位置については、合焦制御を行わないようにすることができる。すなわち、連続フォーカス制御をオフとすることができる。
【0044】
本実施形態によれば、撮像系20の移動中に合焦制御が開始されるため、目的の測定位置に到達したときに、撮像装置が合焦状態に至っているため、直ちに撮像が行えることとなる。また、戻り光が有効範囲外にあるとき、すなわち、合焦制御が行えない状態の場合には、合焦制御を停止して、深追い追従をしないようにして、深追い追従に起因する弊害の発生を防いでいる。
【0045】
次に、本発明の他の実施形態について図6を参照して説明する。図6に示す実施形態は、図5に示す実施形態が移動の開始と共に合焦制御を開始することと異なり、ある位置から撮像系の移動を開始した後、特定の領域に達したときから合焦制御を開始するように構成している。図6のステップ113から115が、図5のステップ111,112とステップ116との間に追加されている。また、図5のステップ117が図6ではステップ113に変わっている。従って、その他の処理手順は、図5と同じである。そこで、ここでは、追加、変更された処理を中心として説明し、図5と同じ処理についての説明は省略する。
【0046】
CPU31は、ある位置(スタート位置)において、目的の測定位置(移動先)の目標Z位置が引き込み範囲外かを判定する(ステップ111)。この判定は、現在位置のZ軸上の座標と、目的の測定位置のZ軸上の座標とを比較することにより判定する。ここで、例えば、図4の位置P5に示すように引き込み範囲外であれば、CPU31は、Z軸駆動装置52に対して撮像系20を目的の測定位置のZ座標に対応する高さとなるように移動を指示する(ステップ112)。Z軸駆動装置52は、この指示に従って、撮像系20を被測定物Wに対してZ軸方向に相対移動させる。
【0047】
この後、CPU31は、移動機構50のXYステージ51に対して、次に測定すべき目的の測定位置を目標位置として、当該目標位置への移動指令を発行する(ステップ113)。そして、CPU31は、XYステージ51から撮像系20の相対移動に伴う現在位置を示す情報を取得して、現在の座標位置を監視する(ステップ114)。そして、現在座標位置が予め定めた合焦制御開始位置に達したかを判定する(ステップ115)。この判定は、目的の測定位置と現在位置との距離が予め定めた合焦制御開始位置に対応する値以下になったとき、合焦制御開始位置に達したと判定する。その結果、CPU31は、合焦制御を開始する(ステップ116)。この後のステップ118以降の処理は、前述した図5に示す実施形態と同様である。
【0048】
本実施形態によれば、撮像系が目標位置に近づくまで合焦制御を行わない。そのため、無駄な合焦制御を抑制することができる。そのほかの効果はすでに述べたとおりである。
【0049】
前述した図5に示す実施形態と図6に示す実施形態とは、両者を並存させることができる。例えば、被測定物の物体面の状態に応じて、図5に示す処理手順により測定すること、および、図6に示す処理手順により測定することのいずれかを選択することができるようにしてもよい。
【0050】
さらに、前述した図5および図6に示す実施形態では、ステップ111および112の処理を行った後、移動制御および合焦制御を行っている。しかし、本発明はこれに限られない。ステップ111および112の処理を行わずに、移動制御と合焦制御とを行なうようにしてもよい。
【0051】
また、前述した各実施形態では、レーザー光を照射してその戻り光の変位を検出することにより合焦検知を行っている。本発明は、これに限られない。移動しつつ合焦制御が行える構成であれば、他の方法によっても差し支えない。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、高速に撮像を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施形態に係る画像測定機の構成の概要を示すブロック図。
【図2】図2は、本発明の一実施形態の画像測定機において用いられるオートフォーカス手段の構成の一例を示すブロック図。
【図3】図3は、被測定物の物体面に溝Cが存在する場合における移動制御と合焦制御との関係を示す説明図。
【図4】図4は、被測定物Wの物体面に段差Bが存在する場合における移動制御と合焦制御との関係を示す説明図。
【図5】図5は、連続フォーカス制御、すなわち、ある位置から目的の測定位置に移動しつつ合焦制御を行い、目的の測定位置において撮像を行うCNC測定動作を示す処理フローチャート。
【図6】図6は、連続フォーカス制御、すなわち、ある位置から目的の測定位置に移動しつつ合焦制御を行い、目的の測定位置において撮像を行うCNC測定動作を示す処理フローチャート。
【符号の説明】
10…画像測定機、20…撮像系、21…照明装置、22…撮像装置、23…対物レンズ系、30…制御装置、31…CPU、32…メモリ、33…記憶装置、35…入力装置、36…モニタ、40…合焦検知装置、41…検出装置、42…レーザー光源、44a,44b…二分割受光素子、50…移動機構、51…XYステージ、52…Z軸駆動装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image measuring machine that images a device under test and measures the device based on the captured image.
[0002]
[Prior art]
With respect to the measured object, as a measuring instrument for measuring the shape of itself, the shape of a pattern provided on the measured object, etc. based on the image thereof, an image of the measured object is taken by an imaging device, and formed on an imaging surface. There is an image measuring machine that photoelectrically converts an image of the measured object to generate an image of the measured object and performs measurement on the measured object based on the image. In recent years, this type of measurement has a configuration in which an imaging device is moved from a certain position to a target position to perform imaging. There is a CNC (Computerized Numerical Control) image measuring device as an image measuring device that automates this measurement operation (see Non-Patent Document 1).
[0003]
In this type of CNC image measurement that has been conventionally proposed, an imaging system is moved to a target measurement position, an auto focus (AF) operation is performed at a measurement location, and an image is taken in a focused state. In general, for example, an edge detection process is performed.
[0004]
[Non-patent document 1]
Nikon Corporation product catalog (CNC image measurement system NEXIV series)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In this type of measurement, it is expected that precise images of a large number of measurement points will need to be acquired as the pattern of the object to be measured becomes more precise. Moreover, it is desired to perform imaging for a large number of measurement points in the shortest possible time while performing the AF operation.
[0006]
An object of the present invention is to provide an image measuring device that can perform high-speed imaging.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to
An imaging unit configured to photoelectrically convert an image of the measured object formed on an imaging surface to obtain an image of the measured object;
Measuring means for measuring the object to be measured based on the image,
A moving unit that relatively moves the object to be measured with respect to the imaging unit, in order to position the imaging unit at a measurement position of the object to be measured,
Auto-focusing means for performing focusing control for focusing the image of the object on the imaging surface,
Control means for starting focusing control by the autofocus means during movement to the measurement position by the movement means;
It is characterized by having.
[0008]
The invention according to
The image measuring device according to
The control means compares a difference between a position at which movement by the movement means is started and the measurement position with respect to a position in the optical axis direction of the imaging means, and when the difference between the positions is outside a predetermined range. Is characterized in that after the movement by the moving means is started, the focusing control by the autofocus means is started.
[0009]
The invention according to claim 3 is:
The image measuring device according to
When the difference between the positions is within a predetermined range, the movement by the moving means is started while the focusing control by the autofocus means is being performed.
[0010]
The invention according to claim 4 is
In the image measuring device according to any one of
The predetermined range is a range in which the autofocus unit can perform focusing control.
[0011]
The invention according to
The image measuring device according to
The control means determines whether the focus position of the imaging means has entered a range in which the focus control by the autofocus control is possible during the movement to the measurement position by the movement means. The focus control is started.
[0012]
The invention according to
The image measuring device according to
The control unit may determine whether the focus position of the imaging unit is within a range where focusing control by the autofocus control is possible, according to a distance between the measurement position and a current position.
[0013]
The invention according to claim 7 is
An imaging unit configured to photoelectrically convert an image of the measured object formed on an imaging surface to obtain an image of the measured object;
Measuring means for measuring the object to be measured based on the image,
A moving unit that relatively moves the object to be measured with respect to the imaging unit, in order to position the imaging unit at a measurement position of the object to be measured,
Auto-focusing means for performing focusing control for focusing the image of the object on the imaging surface,
The difference between the position at which the movement by the moving means is started and the measurement position in the optical axis direction of the imaging means is compared, and when the difference between the positions is within a predetermined range, the movement is determined. Control means for starting movement to the measurement position in a state where focusing control by the autofocus means is performed at a start position;
It is characterized by having.
[0014]
The invention according to claim 8 is
The image measuring device according to any one of
The control unit monitors whether or not the autofocus unit is in a state where the focus control can be performed after the start of the focus control. The focus control is started when the camera is stopped and it is determined that the focus control can be performed.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In an embodiment of the present invention described below, a laser is used as one of the components of the autofocus (AF) means, and the object surface of the workpiece (workpiece) W is continuously irradiated with the laser to constantly focus. An example will be described in which a mechanism is used for performing control for displacing the relative positional relationship between the imaging unit and the object to be measured in the Z-axis direction (the optical axis direction of the imaging unit) so as to match. Further, there is provided an apparatus capable of performing a displacement operation in the Z-axis direction even during an XY-axis driving operation (movement to a target measurement position). This operation is performed by the CNC performed according to a predetermined operation program. That is, images are sequentially and continuously taken at a plurality of measurement positions on the object to be measured to obtain an image relating to the object to be measured.
[0016]
In the present embodiment, the focus control (focusing control) is continuously operated by using the laser while moving between the measurement positions while continuously performing imaging at a plurality of measurement positions by the CNC. As a result, at the time when the target measurement position is reached, that is, at the time when the movement operation of the XY axes is completed, control is performed so as to be in focus (focused state). This makes it possible to reduce the time required for focusing out of the preparation time required for imaging at a plurality of measurement positions, as compared with the case where focusing control is performed after reaching the target position.
[0017]
The present embodiment focuses on the fact that there are often regions at the same level in the target measurement position and its surroundings, especially on the movement route. That is, as shown in FIGS. 3 and 4, which will be described later, even if there is a groove, a step, or the like in the moving path, it is often the same height level as the target position when approaching the target position. are doing. Therefore, in many cases, the focus control can be performed in the area at the same height level immediately before reaching the target position.
[0018]
On the other hand, when there is an area having a different height immediately before the target position, the focusing control may not be completed before reaching the target position. Even in this case, since the focusing control is performed subsequent to the arrival, the time can be expected to be shorter than when the focusing control is started again after the arrival.
[0019]
FIG. 1 shows an outline of a configuration of an image measuring device according to an embodiment of the present invention. The
[0020]
In the
[0021]
As shown in FIG. 2, the
[0022]
The two-divided
[0023]
When the return light spot SP is not incident on any of the two-divided
[0024]
The XY stage 51 constituting the moving
[0025]
The moving
[0026]
The
[0027]
Next, the operation of the image measuring device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Prior to the description, the correspondence between the focusing control and the movement control due to the difference in the object surface shape of the object to be measured will be described with reference to FIGS. Thereafter, the operation will be described.
[0028]
FIG. 3 shows a relationship between the movement control and the focusing control when the groove C exists on the object surface of the measured object. FIG. 4 shows the relationship between the movement control and the focusing control when the step B exists on the object surface of the object W to be measured.
[0029]
In these figures, a pull-in range R is shown as a state in which focusing control by the autofocus means is possible. That is, when the focal position of the
[0030]
When the lower limit RL of the pull-in range R is located below the object plane of the measured object W and the upper limit RU is located above the object plane, focusing control can be performed in that state. Focusing control can be performed on both the S1 surface and the S3 surface in FIG. On the other hand, on the S2 surface, which is the bottom surface of the groove C, since the lower limit RL is higher than the S2 surface, the return light spot SP is not detected by any of the two divided
[0031]
In the present embodiment, as will be described later, focus control is performed only in a state where focus control is possible. If the focus control is not possible, the focus control is stopped. By doing so, it is possible to prevent a delay caused by the following operation with a large stroke in the Z-axis direction. For example, in the case of the groove C, if it follows the bottom position, a follow-up operation is required to return to the original height level again before the target position, which may cause a delay in the focus control. In addition, there is also a problem that when the vehicle is made to follow beyond the control range, the following direction is easily lost. Therefore, in the present embodiment, when the focus control is not possible, the focus control is stopped to avoid the above-described problem.
[0032]
Next, with reference to FIG. 5, an operation of the image measuring device according to the embodiment of the present invention, in particular, a movement and an autofocus operation will be described. FIG. 5 shows a processing flow of continuous focus control, that is, a CNC measurement operation of performing focusing control while moving from a certain position to a target measurement position and performing imaging at the target measurement position. This process is executed by the
[0033]
At a certain position (start position), the
[0034]
Next, when the target measurement position is within the pull-in range, and after the movement in the Z-axis direction by the Z-
[0035]
The
[0036]
Next, the
[0037]
The
[0038]
On the other hand, when the return light spot SP is not out of the effective range, or when the Z-axis following operation is stopped, it is determined whether the focus control is possible (step 121). Here, when the return light spot is within the effective range, that is, when the focusing control is possible, the focusing control, that is, the Z-axis following operation is started (step 122).
[0039]
Next, it is determined whether the movement of the XY axes has reached the target position. If the movement has not reached the target measurement position, the processing from
[0040]
If the target position has been reached, processing for terminating the focusing control is performed (step 124). That is, since the focusing control is being performed during the movement, it is confirmed here that the in-focus state has been reached, and the in-focus state is maintained. On the other hand, if the camera has not reached the in-focus state even after reaching the target measurement position as the target, focus is performed here and the in-focus state is maintained.
[0041]
In this state, imaging is performed by the
[0042]
The
[0043]
As described above, the movement of the
[0044]
According to the present embodiment, since the focusing control is started while the
[0045]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The embodiment shown in FIG. 6 is different from the embodiment shown in FIG. 5 in that the focusing control is started at the same time as the movement is started, and after the movement of the imaging system is started from a certain position, the focusing is started when a specific area is reached. The focus control is started.
[0046]
At a certain position (start position), the
[0047]
Thereafter, the
[0048]
According to the present embodiment, focus control is not performed until the imaging system approaches the target position. Therefore, useless focusing control can be suppressed. Other effects are as described above.
[0049]
The embodiment shown in FIG. 5 and the embodiment shown in FIG. 6 can coexist. For example, depending on the state of the object surface of the object to be measured, it is possible to select one of the measurement according to the processing procedure illustrated in FIG. 5 and the measurement according to the processing procedure illustrated in FIG. Good.
[0050]
Further, in the above-described embodiment shown in FIGS. 5 and 6, after performing the processing of
[0051]
In each of the above-described embodiments, the focus is detected by irradiating the laser beam and detecting the displacement of the return light. The present invention is not limited to this. Other methods may be used as long as focusing control can be performed while moving.
[0052]
【The invention's effect】
According to the present invention, imaging can be performed at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a configuration of an image measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of an autofocus unit used in the image measuring device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a relationship between movement control and focusing control when a groove C is present on an object surface of an object to be measured.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between movement control and focusing control when a step B exists on the object surface of the device under test W;
FIG. 5 is a processing flowchart illustrating a continuous focus control, that is, a CNC measurement operation of performing focusing control while moving from a certain position to a target measurement position and performing imaging at the target measurement position.
FIG. 6 is a processing flowchart illustrating a continuous focus control, that is, a CNC measurement operation of performing focusing control while moving from a certain position to a target measurement position and performing imaging at the target measurement position.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記画像に基づいて前記被測定物についての測定を行う測定手段と、
前記撮像手段を前記被測定物の測定位置に位置させるため、前記被測定物を前記撮像手段に対して相対移動させる移動手段と、
前記被測定物の像を前記撮像面に合焦させる合焦制御を行うオートフォーカス手段と、
前記移動手段による前記測定位置への移動中に、前記オートフォーカス手段による合焦制御を開始させる制御手段と
を備えたことを特徴とする画像測定機。An imaging unit configured to photoelectrically convert an image of the measured object formed on an imaging surface to obtain an image of the measured object;
Measuring means for measuring the object to be measured based on the image,
A moving unit that relatively moves the object to be measured with respect to the imaging unit, in order to position the imaging unit at a measurement position of the object to be measured,
Auto-focusing means for performing focusing control for focusing the image of the object on the imaging surface,
A control unit for starting focusing control by the auto-focusing unit while the moving unit is moving to the measurement position.
前記制御手段は、前記移動手段による移動を開始する位置と前記測定位置との、前記撮像手段の光軸方向の位置の差を比較して、該位置の差が予め定められた範囲外のときは、前記移動手段による移動を開始した後、前記オートフォーカス手段による合焦制御を開始させることを特徴とする画像測定機。The image measuring device according to claim 1,
The control means compares a difference between a position at which movement by the movement means is started and the measurement position with respect to a position in the optical axis direction of the imaging means, and when the difference between the positions is outside a predetermined range. The image measuring apparatus according to claim 1, wherein after the movement by said moving means is started, focusing control by said autofocus means is started.
前記位置の差が予め定められた範囲内のときは、前記オートフォーカス手段による合焦制御を行っている状態で、前記移動手段による移動を開始させることを特徴とする画像測定機。The image measuring device according to claim 2,
When the difference between the positions is within a predetermined range, the movement by the moving unit is started while the focusing control by the autofocus unit is being performed.
前記予め定められた範囲は、前記オートフォーカス手段が合焦制御を行うことが可能な範囲であることを特徴とする画像測定機。In the image measuring device according to any one of claims 2 and 3,
The image measuring device according to claim 1, wherein the predetermined range is a range in which the autofocus unit can perform focusing control.
前記制御手段は、前記移動手段による前記測定位置への移動中に、前記撮像手段の焦点位置が前記オートフォーカス制御による合焦制御が可能な範囲に入ったと判定した場合に、前記オートフォーカス制御による合焦制御を開始させることを特徴とする画像測定機。The image measuring device according to claim 1,
The control means determines whether the focus position of the imaging means has entered a range in which the focus control by the autofocus control is possible during the movement to the measurement position by the movement means. An image measuring machine for starting focusing control.
前記制御手段は、前記撮像手段の焦点位置が前記オートフォーカス制御による合焦制御が可能な範囲に入ったかの判定を、前記測定位置と現在位置との距離に応じて行うことを特徴とする画像測定機。The image measuring device according to claim 5,
The image measurement apparatus according to claim 1, wherein the control unit determines whether the focus position of the imaging unit is within a range where focus control by the autofocus control is possible, based on a distance between the measurement position and a current position. Machine.
前記画像に基づいて前記被測定物についての測定を行う測定手段と、
前記撮像手段を前記被測定物の測定位置に位置させるため、前記被測定物を前記撮像手段に対して相対移動させる移動手段と、
前記被測定物の像を前記撮像面に合焦させる合焦制御を行うオートフォーカス手段と、
前記移動手段による移動を開始する位置と前記測定位置との、前記撮像手段の光軸方向の位置の差を比較して、該位置の差が予め定められた範囲内のときは、前記移動を開始する位置で前記オートフォーカス手段による合焦制御をさせた状態で前記測定位置への移動を開始させる制御手段と
を備えたことを特徴とする画像測定機。An imaging unit configured to photoelectrically convert an image of the measured object formed on an imaging surface to obtain an image of the measured object;
Measuring means for measuring the object to be measured based on the image,
A moving unit that relatively moves the object to be measured with respect to the imaging unit, in order to position the imaging unit at a measurement position of the object to be measured,
Auto-focusing means for performing focusing control for focusing the image of the object on the imaging surface,
The difference between the position at which the movement by the moving means is started and the measurement position in the optical axis direction of the imaging means is compared, and when the difference between the positions is within a predetermined range, the movement is determined. Control means for starting movement to the measurement position in a state where the focus control by the autofocus means is performed at the start position.
前記制御手段は、合焦制御開始後、前記オートフォーカス手段が合焦制御を行うことが可能な状態であるかを監視し、合焦制御が可能な状態でないと判定したとき、合焦制御を停止させ、合焦制御が可能な状態であると判定したとき、合焦制御を開始されることを特徴とする画像測定機。The image measuring device according to any one of claims 1 to 7,
The control unit monitors whether or not the autofocus unit is in a state where the focus control can be performed after the start of the focus control. An image measuring apparatus characterized in that when stopped and when it is determined that focus control is possible, focus control is started.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002372796A JP2004205289A (en) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | Image measuring machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002372796A JP2004205289A (en) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | Image measuring machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004205289A true JP2004205289A (en) | 2004-07-22 |
Family
ID=32811294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004205289A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120081538A1 (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Pattern inspection apparatus |
| JP2012168135A (en) * | 2011-02-17 | 2012-09-06 | Mitsutoyo Corp | Image measurement device, auto-focus control method and auto-focus control program |
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-
2002
- 2002-12-24 JP JP2002372796A patent/JP2004205289A/en active Pending
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